Funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) Vurderer nevral aktivitet under Virtual Reality Walking Intervention (fNIRS)

Hvert år får anslagsvis 2,9 millioner amerikanere traumatiske hjerneskader (TBI) som resulterer i akuttmottaksbesøk, sykehusinnleggelser og død. Selv om det er mange behandlingsstrategier i de første ukene og månedene etter TBI, lever millioner av individer med gjenværende funksjonshemming. Denne gjenværende, kroniske funksjonshemmingen inkluderer ofte betydelige svekkelser i funksjonelle evner, som mobilitet, sammen med uløste nevrofysiologiske mangler. Fordi bedre mobilitet er direkte knyttet til forbedret livskvalitet og økt samfunnsdeltakelse, er intervensjoner designet for å forbedre mobiliteten ved kronisk TBI avgjørende.

En kandidatintervensjon som kan forbedre mobiliteten ved kronisk TBI er virtuell virkelighet (VR). VR-systemer er datamaskinbaserte applikasjoner som lar en person se og dynamisk samhandle med et simulert miljø i sanntid. Bevis tyder på at VR kan forbedre motorisk læring og til slutt nevroplastisitet (evnen til å reorganisere synaptiske forbindelser som svar på læring), ettersom VR gir brukerne økt sansestimulering, et mer oppslukende miljø og tilbakemelding i sanntid. VR har blitt brukt til å forbedre balanse og mobilitetsmangel forbundet med flere nevrologiske tilstander, inkludert TBI. Neuroimaging-studier har funnet at VR-engasjement kan aktivere ulike kortikale nettverk, inkludert visuell cortex, parietal cortex og premotor cortex, blant andre, noe som kan påvirke motoriske utfall. Craig har evaluert virkningen av VR-bruk i TBI siden 2012 da de gjennomførte en stedsspesifikk studie som evaluerte VR-balansetrening i hjemmet sammenlignet med et skriftlig hjemmetreningsprogram. Viktigere, det ble funnet at begge intervensjonene fremkalte signifikante forbedringer i kliniske mål på balanse hos individer med kronisk TBI, men fant ikke mellom gruppeforskjeller.

I den nåværende bevilgningen til Traumatic Brain Injury Model Systems (TBIMS) antok etterforskeren at å kombinere tredemølletrening (TT) og VR ville øke kortikal eksitabilitet som samtidig ville forbedre aktiveringen av det nevromuskulære systemet. Deretter ville denne intervensjonen forbedre gange, balanse og kognitive resultater - som evaluert med gullstandard kliniske mål. Mer forskning er imidlertid nødvendig for å teste denne hypotesen og adressere kunnskapshull, ettersom effektiviteten for TT + VR ikke har blitt fastslått, spesifikke "responderere" på TT + VR-intervensjoner er ikke identifisert, og de plausible mekanismene knyttet til respons ikke er blitt identifisert. etablert. Spesifikt har studier ennå ikke evaluert forholdet mellom kliniske utfall og kortikal aktivering.

For å løse disse hullene, foreslår etterforskerne en translasjonsforskningstilnærming. Translasjonsforskning integrerer grunnleggende og klinisk vitenskap for å bedre forstå lidelser som kronisk TBI og for å skape forbedret diagnostikk og behandlinger for å fremskynde utvinningsprosesser. Her foreslår etterforskerne å koble en nevrovitenskapelig metode med kliniske intervensjoner hos voksne med kronisk TBI. Spesifikt planlegger de å bruke bærbar en nevroavbildningsenhet, funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS), for å måle nevral aktivitet under en TT + VR-intervensjon for å støtte fremtidig forskning og kliniske initiativer innen VR.

fNIRS er en nevroavbildningsteknikk som bruker nær-infrarødt lys for å evaluere endringer i hjerneaktivitet via proxy-mål av oksygenert (HbO) og deoksygenert hemoglobin (HbR). Nærmere bestemt, etter neural aktivitet, trekkes oksygen fra hemoglobin, noe som resulterer i en umiddelbar økning av HbR. Deretter fremkaller oksygenreduksjonen en økning i lokalisert cerebral blodstrøm (CBF) - en mekanisme som kalles nevrovaskulær kobling. Når CBF øker, kan en større konsentrasjon av HbO påvises. Både HbR og HbO har optiske egenskaper, noe som betyr at deres konsentrasjoner kan måles med nær-infrarødt lys. Dermed kan fNIRS oppdage lokalisert nevral aktivitet ved å evaluere HbR og HbO, og økninger i HbO-konsentrasjoner reflekterer stedsspesifikke økninger i nevral aktivitet.

Oppsummert er denne foreslåtte pilotstudien designet for å vurdere gjennomførbarheten av å bruke bærbare fNIRS for å måle nevral aktivitet under en TT + VR-intervensjon hos voksne med TBI. Etablering av gjennomførbarhet vil tillate oss å bruke fNIRS i fremtidige studier som sammenligner ulike intervensjonstyper. Disse resultatene vil fremme VR-forskning og forbedre den vitenskapelige forståelsen av kliniske og fysiologiske utfall etter VR-intervensjoner, og til slutt informere klinisk omsorg.